Giáo trình cơ khí đại cương dùng trong đào tạo cử nhân kỹ thuật hoàng tùng, nguyễn ngọc thành pdf

Trang 1

PGS TS HOANG TUNG - TS NGUYEN NGỌC THÀNH GIAO TRINH

Trang 2

PGS.TS HOANG TUNG - TS NGUYEN NGOC THANH

GIAO TRINH

CO KHi DAI CUONG

(Dùng trong đào tạo Cử nhân kỹ thuật)

Trang 3

Loi noi dau

Cơ khí đại cương là môn học cơ sở kỹ thuật liên quan đến kiến

thức chung của mọi ngành Kỹ thuật, kinh tế trong hệ thống đào tạo

đại học, cử nhân kỹ thuật

Nội dung của giáo trình bao gồm những khái niệm cơ bản về quá trình sản xuất công nghiệp điển hình, then chốt nhất, về các loại vật liệu công nghiệp (kim loại, các hợp kim thông dụng và các vật liệu

phi kim loại); các quy trình công nghệ gia công và xử lý kim loại bằng các phương pháp công nghệ khác nhau

Cơ khí đại cương giúp cho sinh viên dễ đàng tiếp cận với các môn học kỹ thuật tiếp theo, trang bị cho sinh viên những thuật ngữ

kỹ thuật, những khái riệm cơ bản liên quan đến các môn học kế tiếp

của hầu hết các ngành kỹ thuật

Giáo trình “Cơ khí đại cương" được biên soạn theo chương trình

đào tạo đại học, cử nhân kỹ thuật của Bộ Giáo dục và Đào tạo, vì vậy giáo trình được dùng trong giảng dạy, học tập và tham khảo trong đào tạo đại học, cao đẳng kỹ thuật và kinh tế ở Việt Nam

Giáo trình được biên soạn bởi PGS.TS Hoàng Tùng và GVC.TS

Nguyễn Ngọc Thành, trong đó các chương 1, 2, 3, 15, 16, 17 do PGS.TS Hoàng Tùng biên soạn và các chương 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 do GVC.TS Nguyễn Ngọc Thành biên soạn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong bộ

Trang 4

tạo điều kiện và đóng góp ý kiến cho giáo trình trong quá trình biên

soạn; đồng thời tác giả cũng mong tiếp tục nhận được sự góp ý của các bạn đọc và bạn đồng nghiệp Các ý kiến xin gửi về: Công ty Cổ phần sách Đại học - Dạy nghề, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam ~ 25

Hàn thuyên, Hà Nội

Trang 5

Phần thứ nhất KHÁI NIỆM CHUNG Cương 1 CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ SẲN XUẤT CƠ KHÍ

1.1 KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SAN XUẤT CƠ KHÍ

Cơ khí đại cương là một môn khoa học giới thiệu một cách khái quát quá trình sản xuất cơ bản, then chốt nhất của quá trình sản xuất công nghiệp, đó là quá trình sản xuất cơ khí để chế tạo các chỉ tiết máy hoặc

kết cấu máy :

Quá trình sản xuất và chế tạo đó bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau

Có thể tóm tắt quá trình này theo sơ đồ hình 1.1

Nội dung của môn học bao gồm những vấn đẻ chủ yếu sau:

— Các khái niệm cơ bản về sản xuất cơ khí:

Ở đây giới thiệu những khái: niệm cơ bản, những định nghĩa cơ SỞ trong quá trình sản xuất cơ khí Mục đích của phần này nhằm cung cấp những khái niệm đầu tiên để tiếp thu những phần sau này được dé

dang hon ;

— Vat liệu dùng trong ngành cơ khí:

Nội dung giới thiệu các tính chất cơ bản của kim loại, hợp kim và vật liệu phi kim loại dùng trong sản xuất cơ khí Những khái niệm tổng quan

về cấu trúc và sự thay đổi cấu trúc của chúng ở những điều kiện xử lý

nhiệt khác nhau Qua đó sinh viên nắm được một số kim loại, hợp kim của chúng và vật liệu kim loại thường dùng trong sản xuất cơ khí

Trang 6

— Luyện kim:

Khái quát về bản chất quá trình luyện kim và các phương pháp luyện để chế tạo ra kim loại và hợp kim (gang, thép, kim loại màu, )

— Các phương pháp chế tạo phôi:

Trang 7

— Gia cong cắt got:

Giới thiệu công nghệ, thiết bị và dụng cụ dùng trong gia công cat got bằng tay và trên máy Đồng thời cũng giới thiệu những khái niệm, những

hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt

— Xử lý và bảo vệ bề mặt:

Giới thiệu các hiện tượng hoá lý xảy ra trên bể mặt dẫn đến sự phá hỏng bề mặt Đồng thời cũng nêu lên những biện pháp, phương pháp xử

lý bề mặt để khắc phục các hiện tượng phá hỏng này

Cơ khí đại cương là những kiến thức khái quát Những nội dung lý luận của môn học được đúc kết từ thực tiễn sản xuất và luôn luôn gắn liền với thực tiễn sản xuất Vì thế môn học này nhằm cung cấp những kiến

thức cơ bản, những hiểu biết thực tế làm cơ sở để phục vụ cho việc học

tốt các môn học chuyên môn tiếp theo

Môn học này rất cần cho sinh viên ngành cơ khí, cũng như sinh viên các ngành kỹ thuật khác (điện, luyện kim, kỹ sư kinh tế, ) Trong quá

trình học môn này để tiếp thu tốt lý thuyết, cần phải gắn liền với thực tiễn

sản xuất, đặc biệt là gắn liền với đợt thực tập tại các cơ SỞ sản xuất

1.2 CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN DÙNG TRONG SAN

XUẤT CƠ KHÍ

4.2.1 Sản phẩm

Trong sản xuất cơ khí cũng như trong các lĩnh vực sản xuất khác, sản phẩm là một danh từ quy ước chỉ vật phẩm được tạo ra ở giai đoạn chế tạo

cuối cùng của một cơ sở sản xuất (ví dụ như ở một tổ sản xuất hoặc một phân xưởng của nhà máy) Sản phẩm không phải chỉ là máy móc hoàn chỉnh đem sử dụng được mà còn có thể là cụm hay chỉ là chỉ tiết máy VÍ

dụ: Nhà máy sản xuất xe đạp có sản phẩm là xe đạp Nhà máy sản xuất

ôtô có sản phẩm là ôtô, nhưng nhà máy sản xuất ổ bi thì sản phẩm lại là các ổ bị

1.2.2 Chỉ tiết máy

Trang 8

Có thể xếp tất cả các chỉ tiết máy vào hai nhóm:

- Chi tiết máy có công dụng chung (ví dụ: bulông, bánh răng, trục ) là các chỉ tiết máy dùng được trong nhiều máy khác nhau

— Chi tiết máy có công dụng riêng, nó chỉ được dùng trong mội số máy nhất định (ví dụ: trục khuỷu, van, cam, ) “

1.2.3 Phôi

Đó là một danh từ kỹ thuật có tính chất quy ước chỉ vật phẩm được tạo ra của một quá trình sản xuất này chuyển sang một quá trình sản xuất khác Ví dụ: quá trình đúc là quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn, sau khi kim loại đông đặc trong khuôn ta nhận được một vật đúc kim loại có hình dáng, kích thước theo yêu cầu Những vật đúc này có thể là:

— Sản phẩm của quá trình đúc;

— Chỉ tiết đúc: nếu như không cần gia công cắt gọt nữa

- Phôi đúc: nếu vật đúc phải qua gia công cất gọt như tiện, phay bào,

Như vậy trong trường hợp này sản phẩm của sản xuất đúc được gọi là phôi đúc trong quá trình gia công cơ khí

Hiện nay các phưcng pháp chế tạo phôi trong sản xuất cơ khí bao gồm: đúc, gia công áp lực (rèn, dập) và hàn, cắt kim loại bằng: khí, hồ quang điện, tia lửa điện, laze

1.2.4 Bộ phận máy

Đây là một phần của máy, bao gồm hai hay nhiều chỉ tiết máy được liên kết với nhau theo những nguyên lý máy nhất định (liên kết động hay liên kết cố định), ví dụ như may ơ trước, may ơ sau của xe đạp, hộp tốc

độ,

Hiện nay, người ta sử dụng rất nhiều máy khác nhau về tính năng, hình dáng, kích thước,

Tuy nhiên bất kỳ máy nào cũng đều cấu tạo bởi nhiều bộ phận máy, vì vậy để nâng cao năng suất, chất lượng và giảm giá thành thì xu hướng sản xuất trong kinh !ế thị trường thường có nhiều hình thức sản xuất bộ phận máy của từng công ty

Ví dụ: Máy tiện gồm các bộ phận máy như bàn máy, ụ động, u đứng, hộp tốc độ, bàn dao,

Trang 9

1.2.5 Quá trình thiết kế

Muốn có một sản phẩm mang tính chất hàng hoá thì phải có tác động và đóng góp của con người qua nhiều giai đoạn Thường trong sản xuất cơ khí song song tồn tại hai quá trình, quá trình thiết kế và quá trình sản xuất Quá trình thiết kế là quá trình con người (cán bộ kỹ thuật) biết sử dụng thành tựu khoa học mới nhất thông qua sự tích luỹ và bằng sự sáng

tạo của mình suy nghĩ để thiết kế thành sản phẩm thể hiện trên các bản vẽ

kỹ thuật và bản thuyết minh tính toán

1.2.6 Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất, làm thay đổi trạng thái của đối tượng sản xuất theo một thứ tự nhất định và bằng một công nghệ nhất định

Vi dụ: Quy trình công nghệ đúc trong chế tạo máy là một giai đoạn của quy trình sản xuất làm thay đổi trạng thái từ gang, thép thỏi thành vật đúc Quy trình công nghệ nhiệt luyện lại làm thay đổi tính chất vật lý của vật liệu chi tiết máy Quy trình công nghệ lắp ráp là liên kết các vị trí tương quan giữa các chỉ tiết theo một nguyên lý nhất định

Từ những dẫn chứng và phân tích trên ta nhận thấy quy trình công nghệ

mang nhiều tính chất quy ước phụ thuộc trình độ và điều kiện công nghệ của

tùhø cơ sở sản xuất

1.2.7 Nguyên công

Trong suốt quy trình công nghệ trên, không phải tất cả thời gian đều

dùng để thực hiện sự biến đối hình dáng, chất lượng của vật phẩm mà còn

làm các công việc phụ khác nhau như kiểm tra, vận chuyển, tháo lắp chỉ

tiết Có nghĩa là, quy trình công nghệ thường không phải là một công việc

đơn giản mà là công việc phức tạp bao gồm những phần việc nhỏ nữa Xuất phát từ lý do kinh tế và kỹ thuật quy trình | cong nghệ được tiếp tục chia thành nguyên công, bước, động tác

Trang 10

Chi y:

— Ché làm việc là không đổi và chỉ chiếm một vị trí trong phân

xưởng, tại đó công nhân làm việc với đầy đủ trang bị, máy, dụng cụ, thiết

bị vận chuyển Bởi vậy, nếu một chỉ tiết được chuyển từ chỗ làm việc này

sang chỗ làm việc khác thì mặc dù công việc gia công giống nhau, nhưng vẫn là hai nguyên công riêng biệt

— Tính liên tục Nguyên công cần thực hiện một cách liên tục không bị gián đoạn bởi một công việc khác

Ví dụ: Khi gia công thô một loạt chỉ tiết, sau đó lại gia công tỉnh bắt đầu từ chi tiết thứ nhất trên cùng máy đã gia công thô, thì đó là hai nguyên công, vì công việc gia công thô đó đã bị gián đoạn bởi việc gia công tinh

Việc quy định phạm vi một nguyên công đúng đắn, có một tầm quan trọng của nó vì nguyên công là một đơn vị chủ yếu của quy trình công

nghệ Đường lối thực hiện quy trình công nghệ thể hiện ở chỗ phân chia

và sắp xếp thứ tự các nguyên công Sắp xếp và phân chia các nguyên công không hợp lý sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác và năng suất sản xuất Mật khác trong cơng tác tính tốn kinh tế, kế hoạch ta dùng nguyên công làm cơ sở Muốn tính giá thành chế tạo cũng phải tính chi phí cho từng

nguyên công

1.2.8 Bước

Bước là một phần của nguyên công để làm thay đổi trạng thái hình

dáng kinh tế của bề mặt chỉ tiết máy bằng một hay một tập hợp dụng cụ

với chế độ làm việc không đổi của dụng cụ Khi thay đổi bể mật gia công

hay thay đổi dụng cụ, thay đổi chế độ làm việc của dụng cụ, chúng ta đã có một bước mới

1.3 CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ, KỸ THUẬT TRONG

SẢN XUẤT CƠ KHÍ

Hiện nay với những thành tựu về khoa học kỹ thuật đạt được người ta đã sử dụng rất nhiều vật liệu mới, kể cả vật liệu phi kim loại để đáp ứng với các yêu cầu về tính năng làm việc của máy móc, nhưng phương hướng này không thể thoả mãn yêu cầu đổi mới không ngừng máy móc Do đó

Trang 11

vấn dé chat lượng bẻ mặt va độ chính xác gia công của chỉ tiết có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì thực tế sử dụng máy móc chứng tỏ rằng tuổi thọ của các chi tiết máy chẳng những phụ thuộc vào vật liệu mà còn phụ thuộc vào chất lượng bẻ mặt và độ chính xác gia công

Chất lượng bề mặt chỉ tiết được đánh giá trên các cơ sở sau:

— Độ nhám bề mặt chỉ tiết được đặc trưng bởi đáng hình học tế vi (độ nhấp nhô) và các vết trên bề mật

— Tính chất cơ lý của lớp bề mặt

Độ chính xác gia công của chi tiết là một đặc tính cơ bản của ngành

chế tạo cơ khí nhằm đáp ứng đòi hỏi của máy móc là cần độ chính xác để

chịu được tải trọng lớn, tốc độ cao, áp lực và nhiệt độ lớn, Muốn máy móc chính xác trước hết việc gia công từng chỉ tiết máy phải đạt được độ chính xác thiết kế đề ra

Độ chính xác gia công là mức độ đạt được khi gia công các chi tiết thực so với độ chính xác thiết kế đề ra Trong thực tế độ chính xác gia

công được biểu thị bằng :

~ Độ chính xác kích thước; — Độ chính xác hình dáng

1.3.1 Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô bề mặt)

Bề mặt chỉ tiết sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng như trên bản vẽ mà có những nhấp nhô Những nhấp nhô này là hậu quả của dụng cụ để lại, của rung động trong quá trình cắt và của nhiều nguyên nhân khác nữa,

a) Các khái niệm và định nghĩa

Bề mặt hình học là bể mặt được xác định bởi các kích thước trên bản vẽ không có nhấp nhô và sai lệch về hình dáng

Bẻ mặt thực là bể mặt giới hạn của vật thể, ngăn cách nó với môi

trường xung quanh

Bẻ mặt đo được là bể mặt nhận được khi đo bề mặt thực bằng các dụng cụ đo

Chiêu dài chuẩn L là chiều dài phần bể mặt được chọn để đánh giá độ

nhấp nhô bẻ mặt (hình 1.2)

Trang 12

rm +y í 4 Yn- „ mm AN ON A? ye y: 3 V q > : = c 4 Y F 1 F 3 - : Fret

Hình 1.2 Các thông số của prôfin thực tế các bề mặt

Độ nhám bề mặt là tập hợp những mấp mô có bước tương đối nhỏ

trên bề mặt thực, được xét trong phạm vi chiều dài chuẩn L

Chiều dài đo là chiều dài tối thiểu của phần bề mặt cần thiết để xác định một cách đáng tin cậy nhấp nhô bề mặt Nó bao gồm một số chiều đài chuẩn hy he h

Đường trung bình của prôfin là đường chia prôfin đo được sao cho tổng bình phương khoảng cách từ các điểm của prôfin đến đường đó (y,, Y¿ y„) là nhỏ nhất trong giới hạn chiều dài chuẩn (hình 1.2) Đường trung bình của prôfin được dùng làm chuẩn để xác định các trị số của nhấp nhô bề mặt

VỊ trí đường trung bình xác định trên biểu đồ prôfin đo được như sau: đường trung bình phải chia prôfin sao cho tổng diện tích các phần nằm giữa prôfin đo được và đường trung bình là bằng nhau ở 2 phía của đường

trung bình trong phạm vi chiều dài chuẩn

F,+F,+ +F_, =F, +F,+ +F,

Sai lệch trung bình số học R, là trị số trung bình các khoảng cách từ

những điểm của prôfin đo được đến đường trung bình của nó, trong giới

hạn chiều dài chuẩn

L

R, = fly lax

Tính gần đúng: R,= Sy, |

i=l

Chiều cao mấp mô trung bình R, là trị số trung bình của những khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của prôfin đo được,

trong giới hạn chiều dài chuẩn:

R, = (h, +h, + +h,)-(h, +h, + +h,,)

: 5

Trang 13

Trong đó h,, h,, h, va hy, hy by la khoảng cách từ các đỉnh cao nhất và các đáy thấp nhất của prôfin đến một đường bất kỳ song song với đường trung bình (hình 1.2)

b) Phản cấp và ký hiệu độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt được xác định bằng 1 trong 2 chỉ tiêu sau: ~ Sai lệch trung bình số học R,

— Chiều cao mấp mô trung bình R,

Tiêu chuẩn Nhà nước Việt Nam TCVN 2511-78 quy định 14 cấp độ nhám bề mặt (bảng 1.1) Bảng 1.1 Các giá trị của các thông số độ nhám bề mặt (theo TCVN 2511-78)

Sai lệch trung bình | Chiều cao mấp mơ của ¬ gas 2

Độ nhám bề mặt số học R„ prôfin theo 1 điểm R, Chiêu ai chuẩn L, Không lớn hơn, pm Cấp 1 - 320 2 - 160 8 3 - 80 4 - 40 2,5 5 - 20 6 2,5 oo 7 1,25 coe 0,8 8 0,63 - 9 0,32 - 10 0,16 - 0,25 11 0,08 - 12 0,04 - 13 - 0,1 0,08 14 - 0,05 Đối với cấp 6 + 12, chủ yếu dùng thông sé R,, con déi với cấp 13, 14 và I + 5 chủ yếu dùng thông số R„

Dé ký hiệu độ nhấp nhô bê mặt, quy định dùng dấu hiệu Ý ghỉ trên bể

mặt chỉ tiết kèm theo trị số R„ hoặc R, tính theo pm Vi du, R„20 hoặc R,2,5 Trị số R, chon theo day R, (TCVN 192-66) Các độ nhấn từ cấp 6 đến cấp 12 lại được chia ra các loại bổ sung

Bảng 1.2 giới thiệu độ nhám bề mặt nhận được ở các phương pháp gia công khác nhau

Trang 14

Bang 1.2 Độ nhâm bề mặt nhận được ở các phương pháp gia công khác nhau

| Phương pháp gia công | Cấp độ nhám bề mặt

Gia công mặt trụ ngoài Tiện ngoài : - Thô 2-3 — Nửa tinh 3-5 — Tinh 4-6 — Siêu tinh 7-8 Mai tron ngoai: ‘ — Thô 6-7 — Tinh 7-8 — Siêu tinh 8-10 Mài rà, mài nghiền siêu tỉnh 8~10

Lăn miết bể mặt, miết phẳng bằng bột kim cương 7-11 Gia công lỗ Khoan 3-5 Khoét : — Thé 3-4 — Nửa tỉnh và tinh 4-5 Doa: — Bình thường 6 ~ Chính xác 7 ~ Siêu tinh 8 Chuốt: ~ Thô 6 ~ Tinh 7-8 Tién 16 — Thé 3-4 ~ Tinh 5-6 ~ Siêu tỉnh 7-9 Mài lỗ: — Thô 6 — Tỉnh 7-8 — Siêu tỉnh 8-10 Mài rà, mài doa 9-12

Lăn miết lỗ, miết phẳng bằng bột kim cương 8-11

Gia công mặt phẳng

Phay và bào thô ị 3-4

1.3.2 Tính chất cơ lý lớp kim loại bể mặt

Nếu chỉ đánh giá chất lượng bể mặt chi tiết qua độ nhám bẻ mặt thì chưa đủ Trong những năm gần đây người ta đã chứng minh rằng tính chất

Trang 15

cơ lý của lớp bề mặt ảnh hưởng không ít đến tuổi thọ của chỉ tiết máy Tính chất cơ lý biểu hiện dưới dạng các thông số cơ lý như độ cứng của lớp bề mặt (độ cứng tế vi), trị số và dấu của ứng suất dư bề mặt và cấu trúc tế vi bề mặt

Cấu trúc của lớp bề mặt kim loại sau khi gia công cơ bao gồm các lớp sau (hình 1.3): Độ cứng mặt ngoài bị phá huỷ 1 -T= H8 2 ———— Độ cứng lớp , 3 Š cứng nguội & 1 L — SH Độ cứng kim loại cơ bản 5 4 3 5 = © a) b)

Hình 1.3 Cấu tạo bể mặt kim loại

~ Lớp thứ nhất (1) là một màng khí hấp thụ trên bề mặt, lớp này tạo thành rất nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí và cũng rất để mất đi khi

đốt nóng Chiều dày lớp này khoảng 2 + 3 A (1 angstrong  = 10cm)

~ Lớp thứ hai (2) là lớp ơxy hố Lớp này có chiều dày khoảng 40 + 80 A

~ Lớp thứ ba (3) là lớp kim loại bị biến dạng có chiều dày khá lớn 50.000Ä, mức độ biến dạng giảm dần theo chiều sâu của lớp Lớp này có độ

cứng khá cao, độ cứng tăng khi mức độ biến dạng của lớp tăng, mặt khác các

tính chất cơ lý cũng thay đổi theo

Lớp này được gọi là lớp cứng nguội và hiện tượng này xảy ra khi gia công cơ khí gọi là hiện tượng biến cứng Như vậy lớp cứng nguội hình thành

là do kết quả của biến dạng dẻo kim loại

Hình 1.3 biểu thị sự thay đổi độ cứng của lớp bề mặt kim loại sau khi gia công cơ khí (tiện, bào ) Độ cứng thay đổi theo chiều sâu của kim loại

Bề mặt hoá cứng lớn nhất là lớp trên cùng của bề mặt, lớp này chịu lực ép và ma sát lớn nhất khi cắt, do đó nhiệt độ ở đó tăng cao khiến tổ chức kim loại

bị phá huy

4.3.3 Độ chính xác kích thước

Trang 16

vậy về mặt kỹ thuật, con người mong muốn có năng suất cao, và các chỉ tiết cùng loại phải có khả năng thay thế cho nhau

Ví dụ:

— Các êcu (mũ ốc) cùng cỡ ren phải vặn vào với bulông cùng cỡ ren đó - Những viên đạn cu một loại súng phải nạp vừa vào nòng súng của chúng

Điều đó có nghĩa rằng: các chỉ tiết cùng loại phải đạt hai yêu cầu:

— Lúc thay thế cho nhau không cần lựa chọn mà lấy một chi tiết bất kỳ trong các chi tiết cùng loại

~ Lúc thay thế không cần sửa chữa hay gia công cơ gì thêm Những chỉ tiết đạt hai yêu cầu trên thì có tính lắp lẫn

Vậy tính lắp lẫn của một chỉ tiết hay bộ phận máy là khả năng thay thế cho nhau không cần lựa chọn và sửa chữa mà vẫn bảo đảm được các điều kiện kỹ thuật và kinh tế hợp lý

Như vậy các chỉ tiết có tính lắp ráp lẫn phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho trong bản thiết kế Nói cách khác thực tế hơn là chúng chỉ được sai số trong phạm vi cho phép nào đó Phạm vi cho phép đó gọi là dung sai (ð) (hình 1.4) - Kích thước lớn nhất Dmax 9— Kích thước danh nghĩa Dọ Kich thước bé nhất Dinin LLMs 4⁄70 „7 © LL ———> Đường tâm chỉ tiết

Hình 1.4 Sơ đồ biểu diễn kích thước và dung sai

Để đảm bảo yêu cầu làm việc, kích thước của sản phẩm phải nằm giữa hai kích thước giới hạn cho phép, hiệu giữa hai kích thước này là dung sai : 5 = Daax — Dmin hodc 6 thể viết ö (IT) = ES(es) + El(ei); & day IT; ES; es; EI, ei 1a ky hiéu dung sai, sai lệch trên, sai lệch đưới theo tiêu chuẩn ISO Trong đó ES, EI biểu thị cho 16, es; ei biểu thị cho trục

Trang 17

Đề thuận tiện cho sử dụng, trên các tài liệu kỹ thuật đại cương thường ghi kích thước danh nghĩa của chỉ tiết có kèm dung sai

Kích thước danh nghĩa là kích thước cơ bản, được xác định theo chức

năng của chỉ tiết và dùng làm căn cứ để tính độ sai lệch

Kích thước danh nghĩa sử dụng trong các kết cấu phải được chọn tương ứng với kích thước trong TCVN 192-66 "Kich thước ưu tiên”

Chọn kích thước danh nghĩa theo tiêu chuẩn cho phép giảm số lượng, chủng loại các dụng cụ đo lường và lượng cất gọi, tạo điều kiện phân loại các quá trình công nghệ và đơn giản hoá sản xuất

Đề thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đối với các chỉ tiết riêng biệt va để

lắp ghép chúng theo yêu cầu của nối ghép, mỗi kích thước danh nghĩa cần có một dãy các trị số dung sai và sai lệch cơ bản đặc trưng cho vị trí của các dung sai này so với kích thước danh nghĩa (đường không, hình 1.5)

Dung sai có trị số phụ thuộc vào kích thước danh nghĩa và được ký hiệu bằng các con số —- cấp chính xác Tiêu chuẩn Việt Nam được quy định 20 cấp chính xác theo thứ tự độ chính xác giảm dân : 0, 01, 1, 2 18: Sai lệch trên (và dưới) là hiệu đại số giữa kích thước giới hạn lớn nhất (và nhỏ nhất) với kích thước danh nghĩa Sai lệch cơ bản là sai lệch trên hoặc dưới gần với đường không (hình 1.5) Ộ

Các sai léch co ban theo TCVN va ISO được ký hiệu bởi một chữ cái (hoặc trong một số trường hợp bởi hai chữ cái): chữ hoa dùng cho lỗ, chữ thường dùng cho trục

Trị số dung sai và sai lệch cơ bản xác định miền dung sai Miền dung sai theo TCVN và ISO được ký hiệu bởi một chữ (ký hiệu sai lệch cơ bản) và một số (ký hiệu cấp dung sai) Ví dụ: H7, HI1, D6 (đối với lỗ), g6, f5, €6 (đối với trục)

Trên các tài liệu kỹ thuật, mỗi kích thước cần quy định dung sai theo TCVN và ISO được ký hiệu như sau: 18H7, 40g6, 40H11 trong đó số đầu

là kích thước danh nghĩa, chữ và số tiếp theo là ký hiệu miền dung sai với

các giá trị đã được quy định theo TCVN và ISO

Lắp ghép được tao thành do sự nối ghép giữa hai chỉ tiết Nó đặc trưng cho sự tự do dịch chuyển tương đối của các chi tiết nối phép hoặc mức độ

cần lại sự dịch chuyển tương đối đó Tính chất của lắp ghép được đặc trưng

bởi hiệu các kích thước của hai chỉ tiết trước khi lắp, nghĩa là bởi trị số của độ hở hoặc độ đôi có trong mối ghép cần có

Trang 18

Trục là tên gọi được dùng để ký hiệu các bề mặt trụ ngoài bị bao của chỉ tiết Lễ là tên gọi được dùng để ký hiệu các bề mặt trụ trong của các chỉ tiết Trục cơ bản là trục mà sai lệch trên nó bằng không

Lỗ cơ bản là lỗ mà sai lệch dưới nó bằng không

Kích thước danh nghĩa của mối ghép là kích thước danh nghĩa chung cho lỗ và trục Dung sai lắp ghép là tổng dung sai của lỗ và trục Sai lệch dương E Ì UV : Js Anan a „ § As § 5 N ỳ NNN ĐŸ” ° 7 8 2x99 NS * pưỡng khơng A." ^ , a ĐĐ i, Š Š Đ § ầ b TRỤC § ì :

Hình 1.5 Miền dung sai của hệ Trục và Lỗ

Độ hở là hiệu giữa các kích thước của lỗ và trục nếu kích thước của lỗ lớn hơn kích thước của trục Lắp ghép này được gọi là lắp ghép lỏng, ví dụ, lắp ghép của trục quạt và ổ đỡ trục quạt

Trang 19

Độ dõi là hiệu giữa các kích thước của trục và lỗ trước khi lắp, nếu kích

thước của trục lớn hơn kích thước của lỗ Lap ghép này được gọi là lắp ghép

chặt, ví dụ, lắp ghép Ổ bi vào trục

Lắp ghép trung gian

Trong máy móc, có dạng lắp ghép cần phải bảo đảm độ chặt để tránh sự

dịch chuyển tương đối do tải trọng hoặc do ma sat tác động và để đảm bảo

các bể mặt không bị mài mòn, nhưng lại cần có độ lỏng để bảo đảm trong quá trình bảo dưỡng có thể tháo được Dạng lắp ghép đó được gọi là lắp ghép trung gian (có nghĩa là lắp ghép đạt được chặt nhưng cũng đạt được lỏng) Ví dụ, đặc trưng nhất cho lắp ghép này là lấp ghép vành ngoài (gọi là

ca ngoài) của ổ bị vào vỏ máy, vào ổ đỡ,

Ngoài các dạng lắp ghép trên, trong sửa chữa còn có các dạng lắp ghép sau:

~ Lấp ghép theo hệ lễ: Khi đôi lắp ghép mà trục bị hỏng, gãy còn lại ổ (tức là lõ), thì việc thiết kế kích thước trục mới sẽ căn cứ vào kích thước thực của lỗ - Lắp ghép theo hệ trục là dạng lắp ghép mà lỗ (tức là ổ) bị hỏng, cần phải chế tạo lại ổ, khi đó thiết kế kích thước của lỗ mới phải căn cứ vào kích thước thực của trục 4.3.4 Độ chính xác hình dáng

Độ chính xác hình dáng thường chia làm 3 loại:

— Sai lệch hình dáng hình học như: độ phẳng, độ côn, độ ôvan

— Sai lệch về vị trí tương quan giữa các yếu tố hình học của chỉ tiết VÍ dụ, độ song song giữa bê mặt của hai đường tâm, độ thắng góc giữa mặt đầu và đường tâm

— Sai lệch hình dáng hình học tế vi (độ nhám bé mat)

Các loại sai lệch trên khơng hồn tồn tách rời nhau mà có liên quan đến nhau Có lúc đạt được độ chính xác về mặt này, nhưng lại có sai lệch về mặt khác

Trong quá trình gia công bằng bất kỳ phương pháp nào đều phải dựa vào hình đáng và kích thước đã thiết kế (theo bản vẽ kỹ thuật) Trong thực tế khó

có thể đạt được yêu cầu lý tưởng Hình dáng và kích thước thực so với yêu

cầu thiết kế có những sai lệch nhất định

+ Sai lệch hình dáng là sự sai lệch về hình dạng của sản phẩm thực so với hình dáng thiết kế

Trang 20

+ Sai lệch hình học là những sai lệch về hình học của sản phẩm thực so

với chỉ tiết thiết kế trong các tiết điện cắt ngang (hình I.6a, b, c) hay cắt dọc

—_ (hình I.6d, e, g)

Trang 21

Bang 1.3 Các ký hiệu quy ước về dung sai hình dạng và vị trí

Nhóm dung sai Dạng dung sai Ký hiệu quy ước Dung sai độ thẳng Dung sai độ phẳng ⁄“+7 Dung sai độ tròn Oo Dung sai hinh dang Dung sai prôfin mặt cắt dọc by ^¬

Dung sai hình dạng prơfin cho trước

Dung sai hình dạng bề mặt cho trước

Dung sai độ song song Dung sai độ vuông góc

Dung sai độ nghiêng Dung sai vị trí ¬ gs ¬

Dung sai độ đồng tâm, đồng trục

Dung sai độ đối xứng

Dung sai vị trí

Dung sai độ giao nhau của các đường tâm

Dung sai độ đảo hướng kính, độ đảo mặt mút

Dung sai độ đảo hướng kính toàn phần, Dun ¡ độ đả

ung sai độ đáo độ đảo mặt mút toàn phần SY |x

SOMES

4.3.5 Tiêu chuẩn hoá trong sản xuất cơ khí

Tiêu chuẩn hoá là một lĩnh vực công tác nhằm xây dựng và áp dụng các

tiêu chuẩn với mục đích ổn định và phát triển sản xuất, bảo đảm chất lượng,

nâng cao năng suất lao động và tiết kiệm

Trong công cuộc cơng nghiệp hố ở tất cả các nước, tiêu chuẩn hoá giữ một vai trò quan trọng Đó là chỗ dựa vững chắc để đưa nền sản xuất từ tản mạn đến tập trung thống nhất, từ thô sơ đến hiện đại, từ cách làm ăn tùy tiện, thiếu tổ chức đến phương pháp làm việc nền nếp, có kế hoạch Tiêu chuẩn hoá cũng là một trong những biện pháp chủ yếu để hợp lý hoá sản xuất, kế hoạch hoá nền sản xuất, mở rộng việc phân công, hợp tác hoá sản xuất và có ý nghĩa rất lớn trong việc cải tạo và xây dựng nền kinh tế Ví dụ: các nước trên thế giới đang cố gắng thực hiện tiêu chuẩn quốc tế ISO

Trang 22

Các cấp tiêu chuẩn :

Tùy theo phạm vi có hiệu lực của tiêu chuẩn ở những mức độ khác nhau (trong toàn quốc hay trong một bộ, trong một tỉnh hay trong một xí nghiệp)

mà tiêu chuẩn được phân thành các cấp như sau:

a) Tiêu chuẩn Nhà nước (ký hiệu là TCVN - Tiêu chuẩn Việt Nam) áp dung chung cho tất cả các ngành, các cơ quan, xí nghiệp trong phạm vị toàn quốc Tiêu chuẩn Nhà nước được xây dựng cho những đối tượng cơ bản, quan trọng có liên quan tới nhiều ngành, có ý nghĩa chính trị, kinh tế, kỹ thuật lớn

Tiêu chuẩn Nhà nước là cấp tiêu chuẩn có hiệu lực cao nhất trong tất cả

các tiêu chuẩn

b) Tiêu chuẩn ngành (ký hiệu là TCN kèm theo số đặc trưng cho ngành

ghi ở phía trước, số đặc trưng này do Bộ Khoa học công nghệ và Môi trường quy định) hiện nay thực chất là tiêu chuẩn của Bộ hoặc của Tổng cục, áp dụng rộng trong phạm vi từng Bộ, từng Tổng cục

©) Tiêu chuẩn địa phương (ký hiệu là TCV ~ tiêu chuẩn vùng — kèm theo số đặc trưng cho địa phương ghi ở phía trước, số đặc trưng này do Bộ Khoa học công nghệ và Môi trường quy định) áp dụng cho các khu, tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương và chỉ có hiệu lực trong phạm vi từng địa phương mot

d) Tiêu chuẩn xí nghiệp chỉ có hiệu lực trong phạm vi từng xí nghiệp một

Mỗi nước có tiêu chuẩn riêng của mình Bảng 1.4 giới thiệu tiêu chuẩn một số nước Bảng 1.4

Tên nước Tiêu chuẩn hoá Tiêu chuẩn Ký hiệu

Việt Nam Tiêu chuẩn hoá Tiêu chuẩn TCVN

Liên bang Nga CTaHnapTru3auua CTaHnapr TOCT

\ Hopmatusauna Hopma

Đức Standardisierung Standard DIN Normung Norm

Phap Normalisation Norme NF (AFNOR)

My Standardisation Standard AST; (SAE, AISI)

Nhat Standardization Standard JIS

e) Tiéu chuén ISO (International Standardization Organization)

Trong xu thế quốc tế hoá hiện nay, chất lượng sản phẩm đã trở thành vũ khí cạnh tranh quan trọng, là nhân tố chủ yếu trong chính sách phát triển kinh tế của các nước và đã trở thành yếu tố được quan tâm đặc biệt của các nhà kinh doanh, quản lý và người tiêu ding

Trang 23

Với các tiêu chuẩn riêng của mỗi quốc gia, thậm chí cả các tiêu chuẩn

khu vực trên thế giới đã nêu ở trên, thực tế có thể nói trong nhiều thập ky qua, mọi người chưa hiểu hết hoặc chưa tìm cách để hiểu chất lượng một cách hợp lý, hữu hiệu; vì thế đã dẫn đến những nhầm lẫn đáng tiếc

Ngày nay cùng với sự phát triển của kinh tế với xu hướng toàn cầu hoá hoạt động thương mại, dịch vụ chất lượng đã được nhìn một cách toàn diện hơn, đúng đắn hơn Tiêu chuẩn quốc tế ISO hiện nay đã cho quan niệm chất lượng sản phẩm hay chất lượng dịch vụ là tổng thể các chỉ tiêu, các đặc trưng của sản phẩm hay dịch vụ nào đó thể hiện khả năng thoả mãn được nhu cầu nêu ra hay ngụ ý, với giá cả hợp lý và đảm bảo độ tin cậy của sản

phẩm hay dịch vụ đó

Tiêu chuẩn ISO cho thấy chất lượng không tự sinh ra nên cần phải được

quản lý Quản lý chất lượng về cơ bản là những hoạt động và kỹ thuật được sử dụng nhằm đạt được chất lượng và duy trì nó Việc này không những bao gồm theo đõi mà cả tìm hiểu và loại trừ các nguyên nhân gây ra sai phạm về

chất lượng Như vậy chất lượng không còn nằm ở sản phẩm cuối cùng mà phải hiểu là toàn bộ hệ thống và hệ thống này được quản lý chặt chẽ, hữu

hiệu để các yêu cầu của khách hàng liên tục được đáp ứng

Những năm trước đây, để đạt được chất lượng thì phải kiểm soát, thử,

kiểm tra — dién ra ở cuối quy trình, công việc này do những người liên quan

trực tiếp (bộ phận sản xuất —- KCS) thực hiện Điều này đến nay được coi là

lỗi thời (tuy nhiên vẫn còn được thực hiện) Trong khái niệm hiện nay của tiêu chuẩn ISO, chất lượng nằm trong mọi lĩnh vực của chức năng Muốn

một tổ chức thực sự tốt thì mọi bộ phận của tổ chức đó phải tốt và hợp tác tốt

với nhau Chất lượng liên quan đến mọi người trong tổ chức dưới sự lãnh đạo của cấp cao nhất Kinh nghiệm thực tế đã cho thấy, hiệu quả kinh doanh phụ thuộc vào quản lý chất lượng có thể đạt đến 70 + 80%

ISO 9000 — 2001 là bộ tiêu chuẩn tập hợp toàn bộ những kinh nghiệm những chuẩn mực quốc lẾ trong vấn đề quản lý chất lượng Nó vạch ra

phương hướng quản lý chất lượng và bảo đảm chất lượng một cách hữu hiệu

nhất, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sản phẩm hội nhập vào thị trường của thế giới

1⁄4 CÁC YEU TO KINH TE TRONG SẢN XUẤT CƠ KHÍ

Trang 24

đúng hướng thì trước tiên phải có những chỉ tiêu để đánh giá, phân tích năng suất và giá thành, sau đó trên cơ sở phân tích các chỉ tiêu năng suất cũ để đẻ ra phương hướng tăng năng suất mới và phải có chỉ tiêu để đánh giá năng

suất mới Như vậy chúng ta cần phải hiểu khái niệm về chỉ tiêu kinh tế kỹ

thuật và vấn để năng suất lao động

1.4.1 Khái niệm về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Về định mức, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật có một ý nghĩa rất lớn đối với việc sử dụng thiết bị một cách có hiệu lực, chống thời gian lãng phí và áp dụng các biện pháp lao động tiên tiến

Nhiệm vụ căn bản của việc định mức chỉ tiêu kỹ thuật là tìm ra trong hệ thống công việc những nguyên nhân có thể nâng cao năng suất lao động,

giảm thời gian chế tạo sản phẩm

Nội dung của vấn đề chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật bao gồm: -— Chỉ tiêu về thời gian T

_ — Chỉ tiêu về năng suất N

a) Chỉ tiêu kỹ thuật về thời gian (T) biểu thị thời gian cần thiết và hoàn toàn vừa đủ để hoàn thành một việc nhất định trong những điều kiện sản xuất bình thường của nhà máy, có tính đến kinh nghiệm tiên tiến và nhờ vào

thành tựu mới về kỹ thuật tổ chức sản xuất

Thời gian để hoàn thành việc gia công hàng loạt chỉ tiết n có thể viết

như sau:

Ty — Tors + Th 0 (gidy); hoac (gid) ky hiệu (s) hoặc (h)

Tị, — thời gian hoàn thành cho loạt sản phẩm

T.„„— thời gian chuẩn bị kết thúc cho mỗi loạt (s, h)

T,, ~ thời gian gia công từng chiếc cho mỗi nguyên công (s, Ù) T,= T,+T, + T;„ + Ty Œœ, h)

Tc— thời gian cơ bản (s, h)

T, - thời gian phụ (s, h); ˆ T,„ ~ thời gian phục vụ (s, h)

T, — thời gian nghỉ ngơi và làm việc sinh lý tự nhiên (s, h) n ~ số chỉ tiết gia công (chiếc, cái)

b) Chỉ tiêu về năng suất

Năng suất lao động là số lượng sản phẩm được tính bằng chiếc hay quy thành tiền hoặc bằng khối lượng sản phẩm mà một công nhân làm Việc trên một hay một số công cụ nhất định tạo ra được trong một đơn vị thời gian (giờ, ngày, tháng) ký hiệu N,

Trang 25

Thời gian lao động, mà một công nhân với một hay một số công cụ lao động cần bỏ ra để tạo một đơn vị sản phẩm tính bằng chiếc, khối lượng (kg, tấn) hay quy đổi thanh tién thì gọi là khối lượng lao động, ký hiệu là T

1

Ta có: N.=—

T

Năng suất lao động đạt được cao trong ngành chế tạo máy là nhờ các kỹ thuật viên biết sử dụng tốt thành tựu khoa học mới, hiểu biết tường tận các phương pháp chế tạo, công cụ chế tạo; biết chọn quy trình công nghệ đúng

đắn; không những hiểu rõ khâu mình phụ trách, mà còn hiểu rõ tính chất

nguyên vật liệu, hiểu rõ các khâu khác; nhờ trình độ tay nghề của người công nhân; nhờ tổ chức quản lý tốt; nhờ sử dụng công cụ lao động tiên tiến; nhờ mức độ cơ khí hoá và tự động hoá cao

1.4.2 Khái niệm về giá thành

Qua khái niệm trên, chúng ta thấy rằng: năng suất lao động mới chỉ nói lên được khả năng tạo ra của cải vật chất của những người trực tiếp thực

hiện Nhưng để có được sản phẩm phải có đóng góp của rất nhiều người

khác như: cán bộ lãnh đạo, người phục vụ

Để tính được đóng góp của tất cả mọi người tham gia vào việc tạo ra sản

phẩm người ta đánh giá qua giá thành sản phẩm

Giá thành sản phẩm cũng có thể nói là năng suất lao động xã hội, là tất cả chỉ phí bằng tiền của xã hội trong một đơn vị sản xuất

Giá thành bao gồm tiền vật liệu, tiền lương công nhân, tiền khấu hao công cụ lao động và tất cả các chi phi khác như: thuế đất, tiền nhà cửa, tiền

quản lý vật tư,

Muốn có giá thành sản phẩm thấp (có nghĩa là r¿) thì trước tiên phải có

năng suất lao động cao, nhưng mặt khác phải biết tiết kiệm nguyên vật liệu, sức lao động trực tiếp, gián tiếp; biết sử dụng các thành tựu khoa học kỹ

thuật mới; biết tổ chức, quan lý tốt

1.5 DO LUGNG TRONG SAN XUẤT CƠ KHÍ

1.5.1 Cac phương pháp đo

Tùy theo nguyên lý xác định giá trị thực của đại lượng đo và nguyên lý làm việc của dụng cụ đo, các phương pháp đo được chia như sau:

Trang 26

a) Do truc tiép

Với phương pháp đo này, giá trị của đại lượng đo được xác định trực tiếp theo chỉ số trên dụng cụ đo hoặc theo độ sai lệch kích thước của vật đo so với kích thước mẫu

Đo trực tiếp bao gồm đo trực tiếp tuyệt đối và đo trực tiếp so sánh — Đo trực tiếp tuyệt đối Đo trực tiếp kích thước cần đo và giá trị của kích thước nhận được trực tiếp trên vạch chỉ thị của dụng cụ đo

~ Đo trực tiếp so sánh Đo trực tiếp kích thước cần đo, nhưng khi đo chỉ xác định trị số sai lệch của kích thước so với mẫu; giá trị của kích thước sẽ tính bằng phép cộng đại số kích thước mẫu với trị số sai lệch đó

b) Do gián tiếp

Đặc điểm của đo gián tiếp là giá trị của đại lượng đo được xác định gián tiếp qua kết quả đo trực tiếp các đại lượng có liên quan đến đại lượng đó

c) Đo phản tích (từng phần)

Bang phương pháp này, các thông số của chỉ tiết được đo riêng rẽ, không phụ thuộc vào nhau

1.5.2 Dụng cụ đo lường trong sản xuất cơ khí

Độ chính xác của kích thước trên sản phẩm được đo bằng các dụng cụ

đo khác nhau

Những dụng cụ đo thường dùng là: thước mét, compa, dưỡng đo, thước cặp, panme, đồng hồ đo, calip, Trong công nghệ tiên tiến còn áp dụng các dụng cụ do khác như đầu đo khí nén, đầu đo siêu âm, laze, , đo quang học

Độ chính xác kích thước đo phụ thuộc vào độ chính xác của dụng cụ đo Bằng thước mét dài chỉ đo độ dài của trục, thanh hoặc xác định khoảng cách giữa các vị trí như rãnh, lỗ,

Để đo những khoảng cách không lớn, đo đường kính trong hoặc ngoài các bề mặt trụ tròn xoay trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ người ta hay dùng loại thước cặp (hình 1.8a) Độ chính xác của loại dụng cụ này khoảng 0,02+0,1 mm Nó còn phụ thuộc vào kỹ thuật đo của người sử dụng

Một loại dụng cụ đo tương đối chính xác nữa để đo các mặt trụ ngoài hoặc các khoảng cách hẹp, đó là panme Đôi khi còn dùng loại panme đo trong (hình 1.8b) để đo kích thước lỗ tương đối lớn Độ chính xác của panme

là 0,01 + 0,002 mm ,

Trang 27

Trong sản xuất hàng loạt lớn, một số dạng bề mặt được kiểm tra kích thước bằng calip giới hạn Calip để do lỗ gọi là calip nút, để đo kích thước

ngoài gọi là calip hàm Trên mỗi calip giới hạn có hai đầu đo Kích thước của nút hoặc hàm, một đầu là giới hạn kích thước nhỏ nhất cho phép, một đầu là giới hạn kích thước lớn nhất cho phép (hình 1.9) Như vậy, dù nút hay hàm đều có một đầu lọt qua và một đầu không lọt qua Khoảng cách giới hạn đó chính là dung sai cho phép của kích thước Một phương pháp do có độ nhạy cao và độ chính xác đến 0,01zzn, đó là do bang đồng hồ đo Bằng dụng cụ đồng hồ đo trên bàn chuẩn

có thể đo được nhiều dạng bể mặt, các sai số đo so với chuẩn (hình 1.8c) Đo bằng đồng hồ có thể xác định độ không song song, độ không tròn (ôvan, méo ), độ không đồng tâm, Người ta cũng thường dùng các loại dưỡng để đo các kích thước sản

xuất hàng loạt hoặc các kích

thước có tiêu chuẩn

Trong ngành chế tao máy hiện nay, người ta dùng thiết bị đo quang học, do bằng khí nén đo bằng điện để đo kích thước có độ chính Xác cao, siêu cao Sy Hinh 1.8 Kiểm tra kích thước của lỗ a) Thước cặp chính xác 0,05mm; b) Panme do trong có độ chính xác 0,01mm; c)-Đồng hồ đo lỗ, chính xác 0,01mm Hình 1.9 Calip giới hạn a) Calip trục hai đầu; b) Calip một phía,

c) Calip phẳng hai đầu

Trang 28

28

AAAS wD

CÂU HỎI ÔN TẬP

Định nghĩa quá trình sản xuất cơ khí, cho ví dụ

Sự khác nhau giữa chỉ tiết máy và phôi trong sẵn xuất cơ khí

Phân biệt sự khác nhau giữa quá trình sản xuất cơ khí và quá trình công nghệ Định nghĩa nguyên công trong quá trình công nghệ sắn xuất cơ khí

Sự khác nhau giữa giá trị Ra và Rz trong độ nhám bề mặt?

Định nghĩa dung sai kích thước kỹ thuật, cách xác định và ý nghĩa của chúng

Trang 29

Phần thứ hai VẬT LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP CR ơn 2 VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 2.1 CAC TINH CHAT CO BAN CUA KIM LOAI VA HOP KIM

Cuối thế kỷ 20 có nhiều loại vật liệu mới ra đời, tuy nhiên kim loại và hợp kim của chúng vẫn được sử dụng nhiều nhất trong thế kỷ 21 cho sản xuất công nghiệp; tuy nhiên khi sử dụng, chế tạo chúng cần phải dựa vào các

yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn kim loại và hợp kim thích hợp, bảo đảm chất

lượng và tính kinh tế của sản phẩm Muốn vậy phải nắm được các tính chất

của chúng Thông thường kim loại và hợp kim của chúng được đánh giá

bằng các tính chất cơ bản sau đây 2.1.1 Cơ tính

Cơ tính là những đặc trưng cơ học biểu thị khả năng của kim loại hay

hợp kim chịu tác dụng của các loại tải trọng Các đặc trưng đó bao gồm: a) Độ bền là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực mà

Trang 30

gs

Tuy theo dạng khác nhau của ngoại lực ta có cás loại độ bền: độ bén kéo (ø,); độ bền uốn (ø,): độ bền nén (ơ,)

Trên hình 2.1 giới thiệu sơ đồ mẫu đo độ bền kéo của một loại kim loại được chế tạo Khi đặt ngoại lực P(N) của máy kéo lên mẫu kim loại có diện tích tiết diện ngang F„(mm?)

Giá trị độ bên kéo tính theo công thức: ơ, = : (MPa)

Tại thời điểm khi P đạt đến giá trị nào đó làm cho thanh kim loại bị đứt sẽ ứng với giới hạn bền kéo của vật liệu đó

Tương tự ta có thể đo được độ bền uốn và nén Đơn vị đo độ bền được tính bằng MPa

b) Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác dụng thông qua vật nén Nếu cùng một giá trị lực nén, lõm biến dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu đó càng kém

Đo độ cứng là phương pháp thử đơn giản và nhanh chóng để xác định tính chất của vật liệu mà không cần phá hỏng chỉ tiết Độ cứng có thể đo bằng nhiều phương pháp, nhưng đều dùng tải trọng ấn viên bi bằng thép nhiệt luyện cứng hoặc mũi côn kim cương hoặc mũi chóp kim cương lên bề mặt của vật liệu muốn thử, đồng thời xác định kích thước vết lõm in trên bẻ mặt vật liệu đo

— Độ cứng Brinen (ảo theo phương

pháp Brinen) Để đo độ cứng Brinen ta

dùng tai trong P để ấn viên bi bằng thép °

đã nhiệt luyện, có đường kính D lên bề :Ọ mật vật liệu muốn thử (hình 2.2) Đơn vị độ cứng Brinen HB là kG/mwẺ Al > Tùy theo chiều dày của mẫu thử mà “KH chọn đường kính viên bi D = 10mm, , Ð = 5mm hoặc D = 0,25mm (bang 2.1),

đồng thời tùy theo tính chất của vật liệu — Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp đo

mà chọn tải trọng P cho thích hợp độ cứng Brinen

+ Đối với thép và gang: P = 30D},

Ví dụ, viên bicé D = 10mm thi P= 30.10?= 3000kG

+ Đối với đồng và hợp kim déng: P = 10D’

+ Đối với nhôm, babit va các hợp chất mềm khác: P = 2,5D”,

Trang 31

Độ cứng Brinen được tính theo công thức: HB= © *#F Ở đây: F là diện tích mặt cầu của vét lom (mm’) 2 po 2D) pe 2 va HB= Ft dD? d 2 HG D

Trong đó: D — đường kính viên bi (mm); d — đường kính của vết lõm (mm) Độ cứng HB của vật liệu được kiểm tra không lớn hơn 450 (kG/mm?) ~ Dé cứng Rôcoen được xác định bằng cách dùng tải trọng P ấn viên bi bằng thép đã nhiệt luyện có đường kính 1,587 mm tức là 1/16 (thang B) hoặc

mũi côn bằng kim cương có góc ở đỉnh 120” (thang C hoặc A) lên bề mặt vật

liệu thử

Trong khi thử, số độ cứng được chỉ trực tiếp ngay bằng kim đồng hồ Số độ cứng Rôcoen được biểu thị bằng đơn vị quy ước

Bảng 2.1 Chon thang độ cứng Rôcoen và Brinen

Độ cứng _ | Kí hiệu thang | mu ự THỞ | Ký hiệu độ |Giới hạn cho phép

Brinen HB Rôcoen kG '_ | cứng Rôcoen |của thang Rôcoen

60 -230 B (đỏ) Viên bi thép 100 HRB 25 - 100 230-700 C (den) Mũi kim cương 150 HRC 20 - 67

Lén hon 700} A (đen) Mũi kim cương 60 HRA Lớn hơn 70

Viên bị thép dùng để thử những vật liệu ít cứng, còn mũi

côn kim cương dùng để thử các

Trang 32

P = [50kG (xem bang 2.]), thang C ở trên đồng hồ, màu đen) hoặc P = 60kG (xem thang A, mau den, bang 2.1)

— D6 cuing Vicke Ding mii kim cuong hinh chop đáy vuông, góc giữa 2

mặt đối xứng bằng 136" (hình 2.3) ấn lên bẻ mặt của mẫu thử hoặc chỉ tiết

với tải trong P tir 5 + 120kG, thường P = 5; 10; 20; 30; 50; 100 và 120kG

Độ cứng Vicke được ký hiệu bằng HV (kG.mm?): P

HV = 1,8544 a

Trong dé: P tai trong (kG); d— đường chéo của vết lõm (mm)

Phương pháp đo độ cứng Vicke có thể đo cho cả vật liệu mềm và vật

liệu cứng; bể mặt có lớp phủ mỏng, bể mặt sau khi thấm than, thấm nitơ, nhiệt luyện,

€) Độ giãn tương đối [ð%}' là tỷ lệ tính theo phần trăm giữa lượng dãn đài sau khi kéo và chiều đài ban đầu

h =5

0

6= 100%

Ở day: /, va /, ~ độ dài mẫu trước và sau khi kéo tính cùng đơn vị đo (mm) Vật liệu có độ giãn dài (8%) càng lớn thì càng dẻo và ngược lại

d) Độ dai va đập (a,) Có những chỉ tiết máy khi làm việc phải chịu các tải trọng tác dụng đột ngột (hay gọi là tải trọng va đập) Khả năng chịu đựng của vật liệu bởi các tải trọng đó mà không bị phá huỷ gọi là độ dai va đập,

ký hiệu của nó là a, (J/mm?) hay (kJ/m?)

Trong sản xuất vật liệu kim loại (trong ngành luyện kim), các kim loại mới sản xuất ra, đều phải tạo mẫu và đo, xác định các giá trị về cơ tính cho chúng ở trong phòng thí nghiệm

2.1.2 Lý tính

Lý tính là những tính chất của kim loại thể hiện qua các hiện tượng vat lý khi thành phần hoá học của kim loại đó không bị thay đổi

Lý tính cơ bản của kim loại gồm có: khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện và từ tính

— Khối lượng riêng là khối lượng của Icom? vật chất Nếu gọi P là khối lượng của vật chất, V là thể tích của vật chất, y là khối lượng riêng của vật

Trang 33

Y= ` (g/cm’)

Ứng dụng của khối lượng riêng trong kỹ thuật rất rộng rãi, nó không

những có thể dùng để so sánh các kim loại nặng nhẹ để tiện việc lựa chọn

vật liệu, mà còn có thể giải quyết một số vấn đề thực tế Ví dụ, những vật lớn như thép đường ray, thép hình khó cân được khối lượng, nhưng vì biết được khối lượng riêng và có thể đo được kích thước mà tính ra được thể tích nên

có thể không cần cân chỉ dùng công thức để tính ra khối lượng của chúng

— Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ nung nóng kim loại đến đó sẽ làm cho

kim loại từ thể rắn chảy thành thể lỏng

Sắt nguyên chất chảy ở nhiệt độ 1535°C Điểm chảy của gang là 1130 + 1350°C (do hàm lượng cacbon trong gang quyết định) Điểm chảy của thép là 1400 + 1500°C (do hàm lượng cacbon trong thép quyết định)

Tính chất này rất quan trọng đối với công nghiệp chế tạo cơ khí, vì phượng pháp chế tạo các chỉ tiết máy rẻ tiền nhất là phương pháp đúc, nhưng khi dùng phương pháp này thì kim loại cần phải có tính chảy loãng tốt Tính

chảy loãng của kim loại ở thể lỏng tốt hay xấu do điểm chảy của kim loại

quyết định, điểm chảy càng thấp thì tính chảy loãng của kim loại càng tốt — Tính dãn nở là khả năng dãn nở của kim loại khi nung nóng Độ dan nở lớn hay bé có thể biểu thị bằng hệ số dãn nở trên chiều dài của đơn vị

(Imm) gọi là hệ số din nở theo chiều dài Ví dụ, hệ số dan no theo chiều dài của sắt nguyên chất là 0,00001 18 của thép là 0,0000120

~— Tính dẫn nhiệt là khả năng dẫn nhiệt của kim loại Độ dẫn nhiệt của các kim loại và hợp kim không giống nhau Ví dụ, gang thép đều có tính dẫn nhiệt tốt nhưng kém đồng và nhôm Nếu lấy hệ số dẫn nhiệt của bạc là 1, thì của đồng là 0,9, nhôm là 0,5 và của sắt chỉ cd 0,15 (cal/cm.s.°C)

— Tính dẫn điện ((2mm”/m) là khả năng truyền dòng điện của kim loại

Kim loại đều là vật dẫn điện tốt, nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm, nhưng do bạc đắt tiền nên kim loại được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật để làm vật dẫn

điện là đồng và nhôm Nói chung, kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kém kim loại

~— Từ tính là khả năng dẫn từ của kim loại Sắt, niken, côban và hợp kim của chúng đều có từ tính (độ từ thẩm — gauss/ostet) thể hiện rất rõ rệt nên

chúng được gọi là kim loại từ tính,

Trang 34

2.1.3 Hoa tinh

Hoá tính là độ bên của kim loại đối với những tác dung hoá học của các chất khác như ôxy, nước, axit, mà không bị phá huỷ

Tính năng hoá học cơ bản của kim loại có thể chia thành mấy loại sau: — Tính chịu ăn mòn là độ bên của kim loại đối với sự ăn mòn của môi

trường xung quanh

— Tính chịu nhiệt là độ bên của kim loại đối với sự ăn mòn của Oxy trong không khí ở nhiệt độ cao hoặc đối với tác dụng ăn mòn của một vài thể

lỏng hoặc thể khí đặc biệt ở nhiệt độ cao

— Tính chịu axit là độ bên của kim loại đối với sự ăn mòn của axit

2.1.4 Tính công nghệ

Tính công nghệ là khả năng của kim loại và hợp kim thay đổi trạng thái hình dáng và cho phép gia công nóng hay Bia công nguội Tính công nghệ bao gồm các tính chất sau:

a) Tính đúc được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co và tính thiên tích

Độ chảy loãng biểu thị khả năng điển đầy khuôn của kim loại và hợp

kim Nếu độ chảy loãng càng cao thì tính đúc càng tốt Độ co càng lớn thì tính đúc càng kém

Tính thiên tích là sự không đồng nhất về thành phần hoá học của kim loại trong các thành phần khác nhau của vật đúc Thiên tích càng lớn thì chất lượng vật đúc càng kém

b) Tính rèn là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực để tạo thành hình dạng của chi tiết mà không bị phá huỷ

Thép có tính rèn cao khi nung ở nhiệt độ phù hợp vì tính dẻo tương đối lớn Gang không có khả năng rèn vì giòn Đồng, chì có tính rèn tốt ngay cả ở trạng thái nguội -

©c) Tính hàn là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chỉ tiết hàn khi được nung nóng cục bộ chỗ mối hàn đến trạng thái chảy hay dẻo

3.2 CẤU TẠO CUA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

2.2.1 Cấu tạo của kim loại nguyên chất

Trang 35

phân bố theo một quy luật nhất định Tuỳ thuộc vào loại kim loại và các điều kiện bên ngoài, mỗi đơn tỉnh thể đặc trưng cho kim loại đó có các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự riêng dưới dạng hình học xác định Người ta gọi đó

là mạng tỉnh thể Nhiều mạng tỉnh thể sắp xếp thành mạng không gian Mỗi

nút mạng được coi là tâm của các nguyên tử (hình 2.4) Mang tinh thể đó gọi là đơn tinh thể

Mỗi mang tinh thể có đặc trưng riêng Để dễ nghiên cứu, người ta lấy ra

phần không gian nhỏ nhất của mạng và gọi là ô cơ bản Các kiểu mạng thường gặp tương ứng có các @ cơ bản như: lập phương giản đơn, lập phương diện tâm, còn gọi là lập phương tâm diện (hình 2.5b), lập phương thể tâm, còn gọi là lập phương tâm khối (hình 2.5a) và lục phương dày đặc (hình 2.5c) a a) b) Hình 2.4 Sơ đồ sắp xếp các nguyên tử của kim loại Hình 2.5 Ô tinh thể cơ bản

Tùy theo loại ô cơ bản người ta xác định các thơng số mạng VÍ dụ, trên "lập phương chỉ có thong sO mang a là giá trị đo theo chiều cạnh của ô Đơn

vị đo của chúng là Â (ãngstrơng) A = 10® em

Do có tương quan giữa các thông số cạnh và góc của ô cơ bản nên còn

có thêm một số dạng ô khác

Trang 36

2.2.2 Sự biến đổi mạng tinh thể của kim loại (biến đổi thù hình)

Ở trạng thái rắn, khi điều kiện ngoài thay đổi (áp suất, nhiệt độ, ) tổ chức kim loại sẽ thay đổi theo Nghĩa là, dạng ô cơ bản thay đổi hoặc thông số mạng có giá trị thay đổi Người ta gọi đó là sự biến đổi mạng tinh thể Ví dụ, xét sự biến đổi của nguyên tố Fe (sắt) chẳng hạn (hình 2.6), sơ đồ biểu

diễn cho ta thấy ở mỗi thang nhiệt độ Fe sẽ có sự thay đổi không chỉ vẻ cấu

tạo (ô cơ bản) mà còn thay đổi cả tính chất của chúng

2.3 QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA KIM LOẠI, HỢP KIM

Trang 37

để phát triển thành mầm (gọi là mầm tự sinh) Số lượng mầm tự sinh sẽ càng nhiều khi độ nguội càng lớn Độ nguội là hiệu số giữa nhiệt độ kết tinh lý thuyết và nhiệt độ kết tinh thực tế Các tâm mầm phát sinh cùng với sự phát triển của chúng làm cho pha lỏng dần dần giảm cho đến khi hoàn tồn hố rắn, hình 2.7b, c Các đơn tinh thể (hạt) kết tinh theo hướng khác nhau Ranh giới giữa chúng gọi là tỉnh giới Tai tinh giới don tinh thể chứa tạp chất và có mạng bị xô lệch, hình 2.7 * + * me + - * + H+ H” 4 a) b) c)

Hình 2.7 Quá trình kết tinh của kim loại

Tuỳ theo vận tốc nguội khác nhau mà lượng tâm mầm xuất hiện nhiều hay ít, sự kết tinh sẽ tạo ra số lượng don tinh tT Pha lỏng thể (hay hạt) nhất định

Đối với mỗi kim loại ; Pha lỗng + pha rẫn

nguyên chất, bằng thí nghiệm - đụ Pha rắn người ta xác định được một đường nguội nhất định Chúng có dạng chung như hình 2.8 1S) Mỗi kim loại có giá trị nhiệt Hình 2.8 Đường nguội của kim loại độ kết tỉnh (t°,,) xác định nguyên chất

3.4 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HỢP KIM

2.4.1 Khái niệm cơ bản về hợp kim

Trong thực tế người ta sử dụng hợp kim nhiều hơn là sử dụng kim loại

nguyên chất, vì hợp kim có tính chất tốt hơn, có một số tính chất đặc biệt

khác thích hợp hơn cho nhu cầu thực tế

Nhưng mặt khác, hợp kim có cấu tạo phức tạp hơn, vì vậy để phân biệt rõ ràng các hợp kim cần phải làm quen với một số khái niệm sau:

Trang 38

1 Pha là những phần tử của hợp kim có thành phần đông nhất ở cùng một trạng thái và ngăn cách với các pha khác bằng bề mặt phân chịa (nếu ở trạng thái rắn thì phải có sự đồng nhất về cùng một kiểu mạng và thông số mạng)

Một tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng gọi là hệ hợp kim

2 Nguyên là một vật chất độc lập có thành phần không đổi, tạo nên các pha của hệ Trong một số trường hợp nguyên cũng là các nguyên tố hoá học

hoặc là hợp chất hoá học có tính ổn định cao 3 Các tổ chức của hợp kim

Trong hệ hợp kim có nhiều nguyên ở trạng thái đặc có thể hình thành

nhiều dạng tổ chức khác nhau như: dung dịch đặc, hợp chất hoá học, hỗn hợp cơ học

@) Dung dịch đặc

Hai hoặc nhiều nguyên tố có khả năng hoà tan vào nhau ở trạng thái đặc gọi là dung dịch đặc

Có hai loại dung dịch đặc :

~ Dung dịch đặc thay thế: nếu nguyên tử của nguyên tố hoà tan (B) thay thế vị trí của nguyên tử của nguyên tố dung môi (A) (hình 2.9a) thì ta có dung dịch đặc thay thế

— Dung dịch đặc xen kẽ: nếu nguyên tử của nguyên tố hoà tan (B) xen kế hở của các nguyên tử của nguyên tố dung môi (A) hình 2.9b ta có dung dịch đặc xen kẽ Sự hoà tan xen kẽ bao giờ cũng có giới hạn

b) Hợp chất hoá học

Trong nhiều loại hợp kim, nhiều pha được tạo nên do sự liên kết giữa các nguyên tố khác nhau theo một tỷ lệ xác định gọi là hợp chất hoá học Mạng tính thể của hợp chất khác với mạng thành phần Hợp chất hoá học trong hệ có tính ổn định cao hoặc có nhiều dạng hợp chất khác nhau

Hình 2.9 Các dạng cấu trúc dung dịch đặc

Trang 39

Ví dụ: Nguyên tố Fe và cacbon tạo nên Fe;C rất ổn định, nhưng nguyên

tố Cu với Zn có thể cho ta nhiều dạng hợp chất như: CuZn, Cu;yZn,;, CuZn,

c) Hỗn hợp cơ học

Trong hệ hợp kim, có những ngun tố khơng hồ tan vào nhau cũng không liên kết tạo thành hợp chất hoá học mà chỉ liên kết với nhau bằng lực cơ học thuần tuý, thì gọi hệ hợp kim đó là hỗn hợp cơ học Như vậy hỗn hợp cơ học không làm thay đổi mạng nguyên tử của các nguyên tố thành phần

2.4.2 Giản đồ trạng thái của hợp kim

Giản đô trạng thái là sự biểu diễn quá trình kết tỉnh của hợp kim Quá trình đó phụ thuộc vào loại pha được tạo thành từ dung dịch lỏng, cụ thể là phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của các chất tạo thành Giản đồ trạng thái

chỉ rõ cả tổ chức của hợp kim trong các điều kiện cân bằng

Thường người ta xây dựng giản đồ trạng thái bằng phương pháp thực

nghiệm thiết lập các đường nguội Dựa vào các điểm dừng và điểm uốn của đường nguội do hiệu ứng nhiệt của sự chuyển biến mà người ta xác định các

nhiệt độ chuyển biến của hệ thống gọi là các điểm tới hạn

Trên hình 2.10 biểu thị các đường nguội của các hợp kim chì — antimon

khi thành phần của chúng khác nhau Dựa vào đó ta xác định được các điểm

tới hạn của mỗi hợp kim Các điểm 1 ứng với nhiệt độ bắt đầu kết tỉnh và gọi là điểm lông Các điểm 2 — 2 ứng với nhiệt độ kết thúc kết tỉnh và gọi là điểm hoá rắn Đưa tất cả các điểm tới hạn lên giản đồ tổng hợp và ta có giản

đồ trạng thái của hợp kim chì — antimon (hinh 2.11) 87% Pb 13% Sb 95% Pb 90% Pb 5% Sb 10% Sb t°C | 100% Pb

Hinh 2.10 Đường nguội của hợp kim chi — antimon

Dựa theo đường nguội ta thấy hợp kim có 13% Sb và 87% Pb (ứng với

điểm C) bất đầu kết tỉnh và kết thúc kết tỉnh ở cùng một nhiệt độ 246C

39

Trang 40

Nghĩa là từ trạng thái lỏng các tinh thể Pb và Sb đồng thời được tiết ra tạo thành tổ chức hỗn hợp cơ học và gọi là cùng tỉnh (cùng kết tinh) Các hợp kim trước cùng tính khi nguội đến đường AC thì bắt đầu tiết ra các tinh thể Pb vì nồng độ Pb lớn Các hợp kim sau cùng tinh (có nồng độ Pb < 87%) khi

nguội đến đường CB sé bat đầu tiết ra cdc tinh thé Sb Tat ca cdc hop kim

trong hệ này khi nguội đến đường DCE (246°C) thì pha lỏng còn lại trong chúng đều có nồng độ ứng với điểm C nên sẽ cùng kết tỉnh tạo thành hỗn hợp cơ học cùng tỉnh Trong các điểm khác của đường này xảy ra sự hố rắn hồn tồn của hợp kim Pb hoặc trong Sb và cùng tỉnh được tạo thành trong đó, nên đường DC tổ chức được tạo thành bao gồm các tỉnh thể Pb và hỗn

hợp cùng tính, còn trên đường CE có tổ chức là các tinh thể Sb và hợp kim cùng tình TỊ 0} : Bl eso L A 375 C Sbat nag Pot D I E 18 Pbx[Pb+Sbj| Š Sb+{Pb+Sb] L8, 1 0 5 1013 25 40 60 80 100 Sb% Pb% 100 95 9087 75 60 40 20 0

Hình 2.11 Giản đồ trạng thái của hợp kim Pb—Sb

2.5 HOP KIM SAT - CACBON (Fe - C) 2.5.1 Giản đồ trạng thai hop kim Fe —C

Dang của giản đồ (hình 2.12)

Hợp kim hệ Fe — C có hàm lượng C (%) chỉ gặp với giá trị đến 6,67% Trên giá trị này không gọi là hợp kim Fe — C

2.5.2 Các tổ chức của hợp kim Fe - C

Ở trạng thái rắn, hệ hợp kim Fe — C tồn tại các tổ chức một pha và hai